DE102016212220A1 - Arrangement of a measuring device and a container - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Messgerät und einem Behälter, wobei das Messgerät (1) zum Einsetzen in den Behälter, der das zu messende Medium enthält, geeignet ist, und wobei der Behälter zur Aufnahme des Messgeräts (1) einen Anschlussstutzen (20) mit einer sich in axialer Richtung erstreckenden Durchgangsöffnung und einen in die Durchgangsöffnung hineinragenden Dichtsteg (22) aufweist, wobei das Messgerät (1) einen rotationssymmetrischen Gehäuseteil (10) umfasst, das mediumsseitig mit dem Anschlussstutzen (20) bündig abschließt und einen Außenkonusabschnitt (11) aufweist, der mit einem am Anschlussstutzen (20) vorgesehen Innenkonusabschnitt (21) ein abgeschrägtes Dichtflächenpaar bildet, wobei zwischen dem Gehäuseteil (10) des Messgeräts (1) und dem Anschlussstutzen (20) ein Dichtelement (30) angeordnet ist, das flächig und kappenartig ausgebildet ist und sich vom Bereich des Außenkonusabschnitts (11) bis in einen anschließenden zylinderförmigen Gehäuseabschnitt (12) des metallischen Gehäuseteils (10) erstreckt, wobei eine Haltefunktion zur Lagefixierung des Dichtelements (30) dadurch realisiert wird, dass im Bereich des zylinderförmigen Gehäuseabschnitts (12) eine am Dichtelement (30) angeordnete Wulst (33) in eine im zylinderförmigen Gehäuseabschnitt (12) des Messgeräts (1) und/oder im Anschlussstutzen (20) vorgesehene korrespondierende Nut (13) eingreift, und eine Dichtfunktion ausschließlich im Bereich des Außen- und Innenkonusabschnitts (11, 21) realisiert wird, so dass die Dichtfunktion und die Haltefunktion des Dichtelements (30) unabhängig voneinander in zwei räumlich voneinander getrennten Bereichen erfolgt.The invention relates to an arrangement of a measuring device and a container, wherein the measuring device (1) is suitable for insertion into the container containing the medium to be measured, and wherein the container for receiving the measuring device (1) has a connecting piece (20). comprising a through-opening extending in the axial direction and a sealing web (22) projecting into the through-opening, the measuring device (1) comprising a rotationally symmetrical housing part (10) which terminates flush with the connecting piece (20) on the medium side and has an outer cone section (11) having a provided on the connecting piece (20) inner cone portion (21) forms a tapered sealing surface pair, wherein between the housing part (10) of the measuring device (1) and the connecting piece (20) a sealing element (30) is arranged, the flat and cap-like is formed and from the region of the outer cone section (11) to a subsequent cylindrical Housing portion (12) of the metallic housing part (10), wherein a holding function for fixing the position of the sealing element (30) is realized in that in the region of the cylindrical housing portion (12) on the sealing element (30) arranged bead (33) in a cylindrical Housing portion (12) of the measuring device (1) and / or in the connecting piece (20) provided corresponding groove (13) engages, and a sealing function is realized exclusively in the region of the outer and inner cone portion (11, 21), so that the sealing function and the Holding function of the sealing element (30) takes place independently of each other in two spatially separated areas.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Messgerät und einem das zu messende Medium enthaltenden Behälter.The present invention relates to an arrangement of a measuring device and a container containing the medium to be measured.
In der Automatisierungstechnik werden Messgeräte eingesetzt, die zur Überwachung eines Mediums bzw. der Eigenschaft eines Mediums dienen. Dabei wird häufig der Füllstand, der Druck oder die Temperatur des Mediums in einem Behälter gemessen. Meist bestehen solche Messgeräte aus einem als Prozessanschluss bezeichneten Unterteil und einem darauf aufgesetzten Gehäuse als Oberteil, das vorrangig zum Schutz des Sensors und der dazu gehörenden Elektronik dient. Der Prozessanschluss stellt so die Verbindung des Messgeräts mit einem Behälter oder einer Rohrleitung bzw. einem Anschlussstutzen her und beinhaltet meist das Sensorelement selbst. Das Sensorelement ist bspw. bei Druckmessgeräten als piezoresistive oder kapazitive Messzelle ausgeführt. In automation technology, measuring instruments are used which serve to monitor a medium or the property of a medium. The level, pressure or temperature of the medium is often measured in a container. In most cases, such measuring devices consist of a lower part designated as a process connection and a housing mounted thereon as the upper part, which serves primarily to protect the sensor and the associated electronics. The process connection thus establishes the connection of the measuring device with a container or a pipe or a connecting piece and usually contains the sensor element itself. The sensor element is embodied, for example, as a piezoresistive or capacitive measuring cell in pressure measuring devices.
Um das Messgerät an die Anlage bzw. den Behälter, in der bzw. dem sich das zu messende Medium befindet, anzuschließen, haben sich stutzenartige Adapter als vorteilhaft erwiesen, wie sie bspw. in der deutschen Patentschrift
Zum Abdichten der Verbindung zwischen Messgerät bzw. Prozessanschluss und Adapter kommen diverse Dichtelemente infrage, wobei häufig Elastomer-Dichtungen, d.h. O-Ringe verwendet werden. Allerdings haben Elastomer-Dichtungen auch entscheidende Nachteile, insbesondere hinsichtlich der Beständigkeit der drei Haupteinflussfaktoren: Druckwechsel, Temperaturschwankungen, chemische Beständigkeit. Es können z.B. vergleichsweise große Volumenänderungen auftreten, Veränderungen in deren Struktur oder Oberflächenbeschädigungen. Elastomer-Dichtungen müssen demnach insbesondere aus Alterungsgründen regelmäßig getauscht werden. For sealing the connection between meter or process connection and adapter various sealing elements come into question, often elastomeric gaskets, i. O-rings are used. However, elastomer seals also have significant disadvantages, especially with regard to the resistance of the three main influencing factors: pressure changes, temperature fluctuations, chemical resistance. It can e.g. comparatively large volume changes occur, changes in their structure or surface damage. Elastomer seals must therefore be replaced regularly, especially for reasons of aging.
Um trotz einwirkender Druck- und Temperaturschwankungen eine langzeitstabile und optimiert reinigbare Verbindung zwischen Adapter und Messgerät bzw. Prozessanschluss zu erreichen, schlägt die deutsche Patentschrift
Allerdings setzt die in der genannten Patentschrift dargestellte Ausführungsform voraus, dass die Wandstärke des Prozessanschlusses mindestens 3,5 mm beträgt, um die Druckmesszelle frei von Belastungen zu stellen. Weiterhin wird die Stabilität des gezeigten PEEK-Dichtelements bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen durch dessen Ringstärke erreicht. Damit die maximale Verpressung zwischen Dichtsteg und Prozessanschluss möglich ist, braucht der Dichtring einen oberen Anschlag, damit die Krafteinleitung nicht zu einer Verschiebung des Dichtrings führt.However, the embodiment shown in the cited patent requires that the wall thickness of the process connection is at least 3.5 mm in order to set the pressure measuring cell free from stress. Furthermore, the stability of the PEEK sealing element shown in this embodiment is achieved essentially by its ring thickness. To ensure maximum compression between the seal and the process connection, the sealing ring needs an upper stop, so that the introduction of force does not lead to a displacement of the sealing ring.
Wird jedoch für das Behältnis aufgrund seines kleinen Durchmessers, insbesondere bei einer Rohrleitung, ein kleiner Adapter benötigt, muss folglich auch das Messgerät im Durchmesser minimiert werden. Aufgrund der innenliegenden Druckmesszelle ist jedoch keine beliebige Verkleinerung derselben möglich. Eine weitere Minimierung der aus Adapter, Dichtelement und Messgerät bestehenden Anordnung bedeutet folglich eine Reduzierung der Stärke des PEEK-Rings, wodurch jedoch dessen benötigte Stabilität verloren ginge.However, if a small adapter is required for the container due to its small diameter, especially in a pipeline, consequently, the meter must be minimized in diameter. Due to the internal pressure measuring cell, however, no arbitrary reduction of the same is possible. Further minimization of the assembly consisting of adapter, sealing element and measuring device consequently results in a reduction in the strength of the PEEK ring, which would, however, cause its required stability to be lost.
Aufgabe der Erfindung ist es, das zuvor genannte Messgerät und damit auch die genannte Anordnung aus Messgerät und Anschlussstutzen im Durchmesser zu minimieren und dabei dennoch die für eine maximale Verpressung benötigte Stabilität des Dichtelements zu gewährleisten.The object of the invention is to minimize the aforementioned measuring device and thus also the mentioned arrangement of measuring device and connecting piece in the diameter while still ensuring the maximum compression required stability of the sealing element.
Die aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine im Anspruch 1 genannte Anordnung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.The indicated object is achieved by a device mentioned in
Erfindungsgemäß ist ein flächiges, lösbares Dichtelement vorgesehen, das sich vom Bereich des Innenkonusabschnitts bis in den anschließenden zylinderförmigen Gehäuseabschnitts des metallischen Gehäuseteils erstreckt. Dadurch erhält das Dichtelement eine kappenartige Gestalt und ist derart an dem Messgerät oder dem Anschlussstutzen fixiert, dass die Lage seines vorderseitigen Randes auch bei mehrmaligem Einführen und Lösen des Messgerätes lagefixiert bleibt. Auch ein minimaler Absatz zwischen dem Anschlussstutzen und dem Prozessanschluss – bspw. vom 1 mm Absatz bei 20 mm Durchmesser – soll hierbei noch vom Begriff „bündiger Übergang“ mit umfasst sein.According to the invention, a planar, releasable sealing element is provided, which extends from the region of the inner cone section into the subsequent cylindrical housing section of the metallic housing part. This gives the sealing element a cap-like shape and is so on fixed to the meter or the connecting piece, that the position of its front edge remains fixed in position even with repeated insertion and release of the meter. Also, a minimal paragraph between the connection piece and the process connection - for example. From the 1 mm paragraph at 20 mm diameter - should be included here by the term "flush transition".
Entscheidend ist nun, dass eine Haltefunktion zur Lagefixierung des Dichtelements dadurch realisiert wird, dass im Bereich des zylinderförmigen Gehäuseabschnitts eine am Dichtelement angeordnete Wulst in eine im Messgeräts und/oder im Anschlussstutzen vorgesehene korrespondierende Nut eingreift, und eine Dichtfunktion ausschließlich im Bereich des Außen- und Innenkonusabschnitts realisiert wird. Im Ergebnis werden damit die Dichtfunktion und die Haltefunktion des Dichtelements unabhängig voneinander in zwei räumlich voneinander getrennten Bereichen realisiert.The decisive factor is that a holding function for fixing the position of the sealing element is realized in that in the region of the cylindrical housing portion a bead arranged on the sealing element engages in a provided in the meter and / or the connecting piece corresponding groove, and a sealing function exclusively in the field of outdoor and Innenkonusabschnitts is realized. As a result, the sealing function and the holding function of the sealing element are realized independently of each other in two spatially separated areas.
Die Abmessungen des Dichtelements können mit dieser Lösung im für die Dichtung relevanten Bereich reduziert werden, ohne dass auf die Vorteile der maximalen Verpressung des Dichtelements in einer minimalen Berührungsfläche zwischen dem äußeren Ende des Dichtstegs und dem Dichtelement verzichtet werden muss. Eine Verschiebung des Dichtelements aufgrund der Krafteinwirkung wird nun erfindungsgemäß durch den Innenkonusabschnitt verhindert, so dass das Dichtelement dünn und flächig ausgestaltet werden kann und nicht mehr selbst die erforderliche Stabilität aufbringen muss.The dimensions of the sealing element can be reduced with this solution in the relevant area for the seal without having to forego the advantages of maximum compression of the sealing element in a minimum contact surface between the outer end of the sealing web and the sealing element. A displacement of the sealing element due to the action of force is now prevented according to the invention by the inner cone section, so that the sealing element can be made thin and flat and no longer has to apply the required stability itself.
Das Messgerät kann mit der erfindungsgemäßen Lösung soweit minimiert werden, dass Druckmesszellen für ½ Zoll-Prozessanschlüsse verwendet werden können und die Wandstärke des Messgeräts bzw. des Prozessanschlusses ca. 1,8 mm beträgt. Dabei ergibt sich ein optimaler Kraftverlauf, weil die Wandstärke des Prozessanschlusses im Bereich der Dichtung bei dieser ohnehin schon minimalen Stärke nicht durch Einbuchtungen, Kerben usw. zur Aufnahme eines Dichtrings geschwächt werden muss.The measuring device can be minimized so far with the solution according to the invention that pressure measuring cells can be used for ½ inch process connections and the wall thickness of the measuring device or the process connection is approximately 1.8 mm. This results in an optimal force curve, because the wall thickness of the process connection in the region of the seal at this already minimal strength does not have to be weakened by indentations, notches, etc. for receiving a sealing ring.
Die Realisierung der Haltefunktion mittels Wulst und Nut hat darüber hinaus auch den Vorteil, dass das Dichtelement vor dem Einführen des Messgeräts in den Anschlussstutzen an dem Messgerät oder dem Anschlussstutzen fixiert werden kann, ohne dass es gesondert gehalten werden muss oder verrutschen kann. Selbstverständlich sind auch andere Möglichkeiten vorstellbar, wie z.B. das Halten mittels Presspassung, ein Verkleben des Dichtelements mit dem Gehäuse, durch eine Clip-Verbindung oder statt der umlaufenden Wulst lediglich durch Rastnasen.The realization of the holding function by means of bead and groove also has the advantage that the sealing element can be fixed before insertion of the measuring device in the connecting piece to the meter or the connecting piece, without having to be kept separate or slip. Of course, other possibilities are conceivable, such as the holding by means of interference fit, a bonding of the sealing element to the housing, by a clip connection or instead of the circumferential bead only by locking lugs.
Vorteilhafterweise kann das Dichtelement derart ausgebildet sein, dass es zum bündigen Übergang zwischen dem Gehäuseteil des Messgeräts und dem Anschlussstutzen beiträgt. Damit ist es möglich, den Übergang von Prozessanschluss zum Adapter bzw. Anschlussstutzen totraumfrei zu gestalten, so dass die erfindungsgemäße Anordnung auch in der Pharma- und Lebensmittelindustrie mit besonderen Hygienevorschriften einsetzbar ist.Advantageously, the sealing element can be designed such that it contributes to the flush transition between the housing part of the measuring device and the connecting piece. This makes it possible to make the transition from process connection to the adapter or connecting piece without dead space, so that the arrangement according to the invention can also be used in the pharmaceutical and food industry with special hygiene regulations.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtelement aus einem chemisch resistenten und temperaturbeständigen thermoplastischen Kunststoff besteht, insbesondere aus Polyetheretherketon (PEEK) besteht. Ein Dichtelement aus diesem Material besitzt trotz hoher Belastung an der Dichtkante die notwendige Formstabilität.In an advantageous development of the invention, it is provided that the sealing element consists of a chemically resistant and temperature-resistant thermoplastic material, in particular of polyetheretherketone (PEEK). A sealing element made of this material has the necessary dimensional stability despite high load on the sealing edge.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Gehäuseteil oberhalb des Innenkonusabschnitts eine Verjüngung aufweist, die der Dicke des Dichtelements entspricht. Damit wird erreicht, dass sich der Außendurchmesser des Messgerätegehäuses durch das Aufbringen der Dichtung nicht erhöht und eine im Wesentlichen gleichmäßig zylindrische Außenkontur aufweist.A further advantageous development provides that the housing part has a taper above the inner cone section, which corresponds to the thickness of the sealing element. This ensures that the outer diameter of the meter housing is not increased by the application of the seal and has a substantially uniform cylindrical outer contour.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass der Innenkonusabschnitt und der Außenkonusabschnitt mit einem Winkel zueinander stehen. Damit laufen beide Dichtfläche zur Dichtkante hin spitz zu, so dass sich eine quasi linienförmige Fläche ergibt, in der der Anschlussstutzen das auf dem Prozessanschluss anliegende Dichtelement berührt. Damit ist eine maximale Verpressung des Dichtelements ausschließlich in diesem Bereich möglich, wodurch die Anforderungen der Hygienerichtlinien erfüllt werden können.In a particularly advantageous development, the invention provides that the inner cone section and the outer cone section are at an angle to each other. Thus, both sealing surface taper towards the sealing edge, so that a quasi-linear surface results, in which the connecting piece touches the sealing element resting on the process connection. For a maximum compression of the sealing element is possible only in this area, whereby the requirements of the hygiene guidelines can be met.
Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail in connection with figures with reference to an embodiment.
Es zeigen:Show it:
In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.In the following figures, unless otherwise stated, like reference numerals designate like parts with the same meaning.
In
Der Anschlussstutzen
Das Messgerät
In
Zur Halterung des Dichtelements
Um den Außendurchmesser des Prozessanschlusses durch die aufgeschobene Dichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102009028662 B4 [0005] DE 102009028662 B4 [0005]
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